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7、稳定性:
指在室温条件下经过一定的时间间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。
8、漂移:
在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的不需要的变化。
二、力敏传感器
1、电阻应变式原理:
FRU
(将材料应变转变为电阻的变化,从而实现力值的测量)
2、应变效应:
金属导体在受外力作用是,会产生相应的应变,其阻值也发生变化。
(课P8)
电阻丝的电阻R与电阻丝的电阻率ρ,导体长度l及截面积S存在关系:
R=ρl/s
当电阻丝受到拉力作用是,长度伸长L,横截面收缩S,电阻率也将变化为ρ。
电阻式传感器主要应用于测量压力等非电信号(如;
电子称)
3、电阻应变片传感器基本应用电路(电桥)(课P10)
U=R1R3-R2R4
对臂同性,临臂异性
Uout=UBD=UBA+UAD
平衡条件:
R1R3=R2R4
(R1+R2)(R3+R4)
当R1换成电阻应变片时,即组成半桥,随构件产生应变造成传感器变化R。
U全=2U半=4U单
半桥单臂:
U=RE/4R
灵敏度:
S全=2S半=4S单
半桥双臂:
U=RE/2R
全桥:
U=RE/R
三、电感式传感器
电感式传感器的原理:
LU
(以电和磁为媒介,利用磁场变换引起线圈的自感量或互感量的变化,把非电量转换为电量的装置。
)
电感式传感器的应用:
电感式滚柱直径分选装置、不圆度计、电感式轮廓仪
变压式传感器:
将非电量转换为线圈互感的一种磁电动机构。
(应用:
电子秤,偏心测量仪)
二次绕阻的接线是同名端反向串联
四、压电式传感器
压电式传感器的原理:
F(f)Q=dF=dmaU=Q/C
(把测量的力转换为电荷量的大小,再转换成电压)
压电效应:
某些晶体或有机薄膜,当沿着一定方向受到外力作用时,内部极化,某两个面产生符号相反地电荷,当外力去掉后,又恢复到不带电状态,当作用力方向改变时,电荷的极性也改变,晶体受力所产生的电量与外力的大小成正比。
即Q=dF(压电效应只能用于动测量)
压电元件的串联:
U=nU(多个电压串联的电压源)
C=c/nT=RC(时间小,可测量快信号)
Q`=Q(适合以电压输出的量,快信号)
压电元件的并联:
U`=UC`=nC(可测量变化的慢信号)Q`=nQ(适合以电荷量输出的量,慢信号)
前置放大器有两个作用:
电压放大、电荷放大
压电式传感器:
可测量力,压力,位移,速度,加速度,是无源传感器
五、湿度传感器
工作原理:
湿度变化阻性变化电信号
(物理吸附和化学吸附)
利用物质吸收水分而导电率增加的性质,来检测湿度的
湿度的表示方法:
绝对湿度,相对湿度,露点
1、绝对湿度:
Ha=Mv/V(Mv:
待测气体中水蒸气的质量)
2、相对湿度:
Rh=Pv/Pw(Pv:
某温度下待测气体的水蒸气气压)
(Pw:
与待测气体温度相同时水的饱和水蒸气压)
3、露点:
空气中水蒸气压越小,露点温度就越低,因而可用露点温度表示空气中的湿度大小。
湿度传感器的主要特征:
1、感湿特性:
电阻值与湿度的变化关系。
2、湿度量程:
可以精确测量相对湿度的最大范围
3、灵敏度
4、响应时间:
吸湿与脱湿的过程
5、感湿温度系数
6、湿滞特性:
在吸湿和脱湿时,两种感湿特性曲线形成一个环
形线
7、老化特性
8、互感特性
结露型传感器(特殊的湿度传感器)
具有感湿特征量,具有开关式变化特性
结露传感器一般不用于测湿,而作为提供开关信号(结露信号器用于自动控制式报警)
电容式传感器(有源传感器)
工作原理:
xCU、I、F(可用电量)
C=εS/δ(S表示两极板相互遮盖的面积)
(δ表示两极板间的距离)
(ε表示两极板间介质的介电常数)
电容传感器的三种类型:
1、变介电常数(ε)型
2、变面积(S)型
3、变极距(δ)型
变面积式:
C=C0(1-x/a)x表示位移
灵敏度:
Kx=-(εb/a)=-C0ε/a
提高灵敏度:
采用差动式结构,灵敏度提高一倍,减小非线性
电容式传感器:
可测量力、压力、速度、小位移(可改变S和δ来测量位移)
六、温度传感器
温度传感器有:
热电阻,光敏电阻,热电偶,红外线,PN结
热电偶工作原理:
tE(由温度到电参量的变化)
热电效应:
把不同材质的导体连接在一起,保持两结点温度不同,那么回路(闭路)中将会产生一个电动势(热电势)形成回路电流。
热电动势由接触电动势和温差电动势组成。
接触电动势:
有两种不同导体接触引起(温度,导体电子密度,接触电势)
温差电动势:
由同一种导体引起。
由热电偶回路热电势得出结论:
1、热电偶的两极材料必须为不同
2、如果热电极材料不同,两端温度相同,则电势仍为0
3、热电偶闭合回路热电势只与两结点温度有关,与回路中间的温度无关
产生热电动势的必要条件:
1、所用两根热电偶丝的热电势不同
2、温差不同材料构成闭合回路
3、两根热电偶丝必须搭接在同一点
热电动势的大小取决于:
导体的材料和温差
热电偶的三大定律:
中间导体定律,中间温度定律,参考电极定律
热电阻
Pt铂热电阻:
测温范围为-200650°
CRt=R0(1+at)
Cu铜热电阻:
测温范围为-50150°
采用二线制,三线制,四线制连接热电阻的原因?
其特点
二线制:
在热电阻的两端各连接一根导线
(这只适用于测量精度较低的场合)
三线制:
在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一段连接两根引线
Rt为热电阻,r为引线电阻,R1R2为固定电阻电阻;
R3为精密可调电阻,
调使Rt0=R3(Rt0:
热电阻在0°
C时,电
阻值在0°
C时,电桥平衡。
特点:
可以较好的消除引线电阻的影响,工业中常用
四线制:
在热电阻根部的两端各连接两根导线。
可以完全消除引线电阻的影响,主要用于高精度的温度检测
热敏电阻(由于温度变化引起电阻值变化)
1、正温度系数热敏电阻(PTC)温度达到居里点是,阻值会发生急剧变化
2、负温度系数热敏电阻(NTC)应用于冰箱,空调
3、临界温度系数热敏电阻(CTR)主要运用于温度开关类的控制
半导体PN结温度传感器
无结型(单晶)半导体热敏电阻
PN结型温敏二极管温度传感器,温敏晶体管温度传感器
集成温度传感器工作原理:
温敏三极管是用发射结来测温的
七、气敏传感器
气体R
半导体传感器主要是以氧化物半导体为基本材料制成
八、光电传感器
光电传感器是以光为媒介,以光电效应为基础的传感器
光源测量头关电元件电子线路
光电效应:
外光电效应:
某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。
内光电效应:
由于光量子作用,引发物质电化学性质变化
光电转换元件:
1、光电管(光敏二极管)
2、普通光敏二极管:
作为光电转换器,红外探测器,激光接收器
3、红外光敏二极管:
用于遥控接收系统,自动控制系统
4、视觉光敏二极管:
对人眼可见光敏感,对红外无反应
5、光敏二极管应用于:
防入侵式防盗报警器,光开关电路
6、光敏三极管应用于:
光控制继电器,光敏三极管控制电路
光电耦合器
7、光敏电阻(基于内光电效应)应用于:
光控开关电路
8、光电池(基于光生伏特效应)应用于:
太阳能电池
9、光敏晶闸管(利用光注入半导体内产生电子空穴对进行转换)应用于:
工业自动检测控制
10、光电耦合器件(光隔离器)
透视式:
可用于片状遮物体的位置检测,或码盘,转速测量中
反射式:
可用于放光体的位置检测
全封闭是:
可用于电路的隔离
九、磁敏传感器
磁敏传感器的原理:
BR
磁敏传感器包括:
霍尔传感器,磁阻传感器,磁敏二极管,磁敏三极管,磁敏集成电路及接近开关
磁敏传感器可实现非接触测量
应用于:
自动控制,信息传递,电磁测量,生物医学
霍尔效应:
由于运动电荷在磁场中受到洛伦兹力作用的结果
洛伦兹力大小为:
fL=evB(B为磁场)
霍尔元件一般采用N型半导体材料
半导体在B中运动,通入I产生电动势UH=KHIBCOSΘ
集成霍尔传感器
1、开关型集成霍尔传感器(输出的是高电平数字式信号)
2、线性型集成霍尔传感器(输出模拟电压传感器)
磁阻效应:
某些材料的电阻值随磁场而变化的现象
磁敏电阻应用于:
无触点开关,转速计,编码器
1、半导体磁敏传感器
2、强磁性薄膜磁敏电阻(基于强磁磁敏效应)
磁敏二极管磁敏三极管
可测力,速度,压力,加速度:
电阻式,电容式,电感式,压电式
霍尔,差动变压器
测位移:
电阻式,电阻式,电容式,电感式,压电式,涡流式,红外线,超声波,光纤,霍尔,差动变压器
无源传感器:
压电式,热电偶,光电池
光电传感器:
光敏电阻,光敏二极管,光敏三极管,光纤,光电池
利用磁场测量:
涡流式,磁敏电阻,光敏二极管,光敏三极管,霍尔
利用电阻值变化:
电阻式,湿敏,气敏,热敏,磁敏电阻,光敏二极管,光敏三极管,光敏电阻,光敏电阻,光敏二极管,光敏三极管,热电阻
非接触式:
红外线,超声波,霍尔,光纤
利用反射测量:
红外线,超声波,光纤
探伤:
超声波
测温度:
热敏,热电偶,红外线,热电阻
开关型:
结露型,CTR,开关型霍尔
应变效应压电效应光电效应热电效应霍尔效应磁敏效应
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